The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics (전력전자학회논문지)

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A New Concept of Magnetic Cable for Safe Mobile Power Delivery

안전한 전력전달을 위한 새로운 형태의 자기케이블

  • 이우영 (KAIST 전기 및 전자공학과) ;
  • 허진 (KAIST 전기 및 전자공학과) ;
  • 최수용 (KAIST 원자력 및 양자공학과) ;
  • 임춘택 (KAIST 원자력 및 양자공학과)
  • Received : 2011.08.17
  • Accepted : 2011.10.27
  • Published : 2011.12.20
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Abstract

A magnetic cable that can safely deliver high frequency AC electric power in flammable or sensitive workplaces by preventing from arcs and electric shocks is firstly proposed in this paper. Several new magnetic cable structures with magnetic shields, which are composed of such cancel coil, cancel copper plate, and cancel copper pipe, were compactly implemented by considering and analyzing fringe field and thus the parallel leakage flux is drastically reduced. The output power and efficiency of a prototype magnetic cable with 1.5 m length and 5 cm gap were measured as 353.8W and 68%, where the source current and switching frequency were 10 $A_{rms}$ and 20 kHz, respectively. The proposed magnetic cables are fully analyzed and verified by finite-element method (FEM) simulations and experiments. The results are in a good agreement.

본 논문에서 방전 또는 스파크로 인한 전기화재, 폭발사고 및 감전 사고의 위험 없이 고주파 고전력을 안전하게 전달할 수 있는 새로운 형태의 실용적인 자기케이블을 처음으로 제안하였다. 또한, 케이블 사이에서 발생하는 누설자속에 대한 자기저항을 주변효과(fringe effect)까지 고려하여 정량적으로 해석하였다. 자기케이블에 상쇄코일, 상쇄금속판, 상쇄금속관과 같은 상쇄실드 적용함으로써 자기케이블 사이의 누설자속을 급격히 줄여 콤팩트한 자기케이블을 구현하였고, 장거리 전력전송을 가능하게 하였다. 입력전류 $10A_{rms}$(20kHz)에서 상쇄금속관이 적용된 1.5m길이, 5cm의 케이블 사이의 간격을 갖는 자기케이블로 353.8W의 전력을 68%효율로 전달하였다. 이는 상쇄금속관을 적용하지 않았을 때에 비해 출력전력은 약 25배, 효율은 약 7배 높은 수치다. 본 논문에서는 제안된 자기케이블의 성능 특성을 실험과 자장 시뮬레이션을 통해 분석 및 검증하고 비교하였으며, 기대했던 우수한 성능을 실제로 확인하였다.

Keywords

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